KR20170073856A - 외주변 실링부에 형성된 일체형 지지부재를 포함하고 있는 전지셀 - Google Patents

외주변 실링부에 형성된 일체형 지지부재를 포함하고 있는 전지셀 Download PDF

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KR20170073856A
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battery cell
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임종민
황성민
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고; 상기 수납부의 외주변들이 열융착에 의해 밀봉되어 형성된 외주변 실링부를 포함하고 있으며; 상기 외주변 실링부들중에서 적어도 둘 이상의 외주변 실링부에는 일체형 지지부재가 수납부의 측벽에 밀착된 상태로 형성되어 있고; 상기 일체형 지지부재는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 소정의 높이를 갖도록 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

외주변 실링부에 형성된 일체형 지지부재를 포함하고 있는 전지셀 {Battery Cell Comprising Integrated Support Member Provided at Edge Sealing Part}
본 발명은 외주변 실링부에 형성된 일체형 지지부재를 포함하고 있는 전지셀에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 파우치형 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은, 전극조립체(130), 전극조립체(130)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(131, 132), 전극 탭들(131, 132)에 용접되어 있는 전극리드들(140, 141), 및 전극조립체(130)를 수용하는 전지케이스(120)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(130)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(131, 132)은 전극조립체(130)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드들(140, 141)은 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(131, 132)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(120)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드들(140, 141)의 상하면 일부에는 전지케이스(120)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(150)이 부착되어 있다.
전지케이스(120)는 전극조립체(130)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(123)를 포함하는 케이스 본체(122)와 그러한 본체(122)에 일체로 연결되어 있는 덮개(121)로 이루어져 있고, 수납부(123)에 전극조립체(130)을 수납한 상태로 접촉부위인 양측부(124)와 상단부(125)를 결합시킴으로써 전지를 완성한다. 전지케이스(120)는 수지 외층/차단성의 금속층/열용융성 수지 실란트층의 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 덮개(121)와 본체(122)의 양측부(124) 및 상단부(125) 부위에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 결합시킨 밀봉 잉여부를 형성한다. 양측부(124)는 상하 전지케이스(120)의 동일한 수지층들이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(125)에는 전극리드들(140, 141)이 돌출되어 있으므로 전극리드들(140, 141)의 두께 및 전지케이스(120) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드들(140, 141)과의 사이에 절연필름(150)을 개재한 상태에서 열융착시킨다.
그러나, 이러한 파우치형 전지셀은 전지케이스의 소재 특성상 외부 충격에 대한 내구성이 약할 뿐만 아니라, 전지케이스의 형상 변형이 용이하므로, 상기 전지셀을 다수 포함하는 전지팩을 제작하는 경우, 모든 전지셀의 치수를 균일하게 형성하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 이러한 전지팩을 구성하는 팩 케이스는 전지셀들의 유동을 방지하고 고정할 수 있도록, 상기 전지셀들을 전체적으로 감싸는 가압식 고정 구조로 구성된다.
그러나, 이러한 파우치형 전지셀은 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동 등에 의하여 전지셀에서 내부 단락이 발생하면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고 그로 인해 가스가 다량 발생하여 전지셀이 부풀어올라 형상이 변형되는 스웰링(swelling) 현상이 발생하게 된다.
따라서, 상기 가압식 고정 구조의 전지팩은 전지셀들의 스웰링 현상이 발생할 경우, 팩 케이스 내에서 압력이 증가함으로써, 오히려 안전성이 저하될 수 있다.
반면에, 이러한 현상을 방지할 수 있도록, 상기 전지셀들의 크기 또는 부피에 비해 큰 구조의 공간을 상기 팩 케이스 내에 형성하게 되는 경우, 상기 전지셀들을 안정적으로 고정시키기 어려워, 상기 전지셀들의 유동으로 인한 진동 및 충격에 의해 전지셀들이 손상되거나, 안전성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀의 외주변 실링부에 일체형 지지부재가 수납부의 측벽에 밀착된 상태로 형성되도록 구성함으로써, 상기 외주변 실링부 방향으로부터 인가되는 충격에 대한 내구성을 향상시킬 수 있으며, 상기 외주변 실링부의 변형을 방지할 수 있으므로, 전지셀들의 치수를 균일하게 형성함으로써, 보다 용이하게 전지팩을 구성할 수 있고, 상기 일체형 지지부재가 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되도록 구성함으로써, 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀들 사이에 상호 이격된 공간을 형성함으로써, 스웰링 현상에 따른 안전성 저하를 방지하는 동시에, 상기 전지팩 내에서 전지셀들의 유동을 방지해, 진동 및 충격에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고;
상기 수납부의 외주변들이 열융착에 의해 밀봉되어 형성된 외주변 실링부를 포함하고 있으며;
상기 외주변 실링부들중에서 적어도 둘 이상의 외주변 실링부에는 일체형 지지부재가 수납부의 측벽에 밀착된 상태로 형성되어 있고;
상기 일체형 지지부재는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 소정의 높이를 갖도록 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 외주변 실링부 방향으로부터 인가되는 충격에 대한 내구성을 향상시킬 수 있으며, 상기 외주변 실링부의 변형을 방지할 수 있으므로, 전지셀들의 치수를 균일하게 형성함으로써, 보다 용이하게 전지팩을 구성할 수 있고, 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀들 사이에 상호 이격된 공간을 형성함으로써, 스웰링 현상에 따른 안전성 저하를 방지하는 동시에, 상기 전지팩 내에서 전지셀들의 유동을 방지해, 진동 및 충격에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 상기 일체형 지지부재의 구성을 통해 소망하는 효과를 극대화할 수 있는 것이라면 그 소재 또는 구조가 크게 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 구조일 수 있다.
다시 말해, 상기 일체형 지지부재는 상대적으로 내구성이 약하고, 형상의 변형이 용이한 파우치형 전지셀의 외주변 실링부에 적용되어 형성될 경우, 그에 따른 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 일체형 지지부재는 전지셀의 서로 대향하는 양측 외주변 실링부들에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전지셀을 다수 포함하는 전지팩을 구성하는 경우, 상기 다수의 전지셀들은 상호 동일한 일면 방향으로 적층되는 구조를 구성할 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 일체형 지지부재는 전지셀의 일면 방향 및/또는 타면 방향으로 돌출되어 있으므로, 상기 일체형 지지부재들에 의해 전지셀들이 안정적인 적층 구조를 형성할 수 있도록, 상기 일체형 지지부재는 전지셀의 서로 대향하는 양측 외주변 실링부들에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
그러나, 상기 일체형 지지부재의 형성 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 전지셀의 모든 외주변들에 대한 내구성 및 치수 안정성을 향상시킬 수 있도록, 상기 일체형 지지부재는 전지셀의 모든 외주변 실링부들에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이때, 상기 외주변 실링부들에 형성되어 있는 일체형 지지부재는, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있도록, 서로 연결된 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 전지셀의 모든 외주변 실링부들은 하나의 부재로 형성된 일체형 지지부재에 의해 안전하게 보호될 수 있으며, 이에 따른 구조적 안정성 및 치수 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 상기 일체형 지지부재는, 전지팩을 용이하게 구성할 수 있도록, 동일한 돌출 방향에서 서로 동일한 높이로 이루어진 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전지셀을 다수 포함하는 전지팩을 구성하는 경우, 상기 다수의 전지셀들은 상호 동일한 일면 방향으로 적층되는 구조를 구성할 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 전지셀들은 돌출된 일체형 지지부재들이 서로 대면함으로써, 상호 이격된 상태로 적층될 수 있다.
따라서, 상기 일체형 지지부재는 동일한 돌출 방향에서 서로 동일한 높이로 이루어짐으로써, 상기 전지팩을 보다 용이하게 구성할 수 있으며, 전지셀들 사이에서, 평면상으로 전지셀의 폭 방향 또는 길이 방향으로 모두 동일한 높이의 이격 공간을 제공할 수 있어, 상기 전지셀의 스웰링에 따른 국부적인 압력 증가 및 이에 따른 안전성 저하를 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출된 높이를 포함한 상기 일체형 지지부재의 전체 높이는, 상기 일면 및 타면 방향에 대응하는 전지셀의 두께에 대해 105% 내지 120%의 크기를 갖는 구조일 수 있으며, 보다 상세하게는, 110% 내외의 크기를 갖는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 범위는 파우치형 전지셀에 스웰링 현상이 발생하는 경우, 상대적으로 넓은 면적을 갖는 일면 및 이에 대향하는 타면 사이의 거리인 두께를 기준으로, 상기 전지셀의 부피가 일반적으로 증가하는 범위로서, 만일, 상기 돌출된 높이를 포함한 일체형 지지부재의 전체 높이가 전지셀의 두께에 대해 105% 미만의 크기로 형성될 경우에는, 상기 전지셀을 적층하여 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀들 사이의 이격 공간이 지나치게 좁아져, 전지셀의 스웰링 현상 발생에 대한 안전성을 충분히 확보할 수 없다.
이와 반대로, 상기 돌출된 높이를 포함한 일체형 지지부재의 전체 높이가 전지셀의 두께에 대해 120%를 초과하는 크기로 형성될 경우에는, 상기 전지팩 내에서 전지셀들 사이의 이격 공간이, 스웰링 현상에 의해 증가하는 전지셀의 부피에 비해 지나치게 커져, 전지팩의 전체적인 사이즈가 불필요하게 증가할 수 있다.
또한, 상기 일체형 지지부재는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 전지셀의 일면 방향 및 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 일체형 지지부재가 일면 방향으로 돌출된 높이는 타면 방향으로 돌출된 높이에 대해 100% 내지 500%의 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전지셀은 전지케이스의 수납부가 형성되어 있는 방향, 상기 전지케이스 내에 수납되는 전극조립체의 구체적인 구조와 같은 요인에 의해 스웰링 현상 발생시, 서로 대향하는 전지셀의 일면 방향 및 타면 방향에서 부풀어 오르는 증가 폭이 상이할 수 있으며, 이에 따라, 상기 일체형 지지부재가 상대적으로 넓은 면적을 갖는 전지셀의 일면 방향 및 이에 대향하는 타면 방향으로 모두 돌출되어 있는 경우, 상기 일체형 지지부재가 각 방향으로 돌출된 높이는 상기 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다.
그러나, 상기 일체형 지지부재의 각 방향에 따른 돌출 높이의 차이가 상기 범위를 벗어나 지나치게 커질 경우에는, 예상할 수 없는 형상 변형, 예를 들어, 상기 전지셀의 부피가 예상하지 못한 방향으로 보다 크게 증가하는 경우에 보다 용이하게 대처할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 상기 일체형 지지부재는, 전지셀들이 적층된 구조의 전지팩을 구성할 때 전지셀들의 적층 배열 상태를 고정 및 유지시킬 수 있도록, 서로 대향하는 일면 및 타면에, 서로 대응하는 구조로 형성된 고정용 돌기 및 고정용 홈을 각각 포함하고 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 일체형 지지부재는 일면 방향에 고정용 돌기가 돌출되어 있으며, 이에 대향하는 방향에 고정용 홈이 만입된 구조로 이루어짐으로써, 상기 전지셀을 적층하여 전지팩을 구성하는 경우, 하나의 전지셀의 일체형 지지부재 일면에 형성된 고정용 돌기가 이에 인접한 전지셀의 일체형 지지부재 타면에 형성된 고정용 홈에 삽입됨으로써, 상기 전지셀들의 유동을 방지해, 전지셀들의 적층 배열 상태를 보다 안정적으로 고정 및 유지시킬 수 있다.
이때, 상기 고정용 돌기 및 고정용 홈은 전지셀들의 적층 배열 상태를 안정적으로 고정 및 유지시킬 수 있는 것이라면, 그 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 고정용 돌기는 기둥 구조 또는 선형 돌출 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대응하는 고정용 홈은 만입 홈 또는 만입형 슬릿 구조로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 외주변 실링부들 중에서 하나의 외주변 실링부를 기준으로, 상기 외주변 실링부에 형성된 일체형 지지부재는 직육면체 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전지셀이 다수 적층됨으로써 전지팩을 구성하는 경우, 보다 용이하게 적층되어, 안정적인 적층 상태를 유지할 수 있으며, 상기 전지팩을 구성하는 전지셀들의 치수를 보다 용이하게 균일해지도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 일체형 지지부재는 평면상으로 전지셀의 폭 또는 길이에 대해, 1% 내지 30%의 크기를 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 일체형 지지부재는 전지케이스의 수납부 측벽에 밀착된 상태로 전지셀의 외주변 실링부에 형성되며, 이에 따라, 상기 일체형 지지부재는 평면상으로 전지셀의 폭 또는 길이에 대해, 1% 내지 30%의 크기를 갖는 구조로 이루어짐으로써, 전지셀의 외주변 실링부가 외측으로 돌출되지 않을 수 있어, 상기 전지셀의 치수를 보다 균일하게 형성할 수 있다.
만일, 상기 일체형 지지부재는 평면상으로 전지셀의 폭 또는 길이에 대해 1% 미만의 크기를 갖는 구조로 이루어질 경우에는, 상기 일체형 지지부재의 크기가 지나치게 작아, 전지셀의 외주변 실링부를 충분히 커버할 수 없으므로, 상기 외주변 실링부가 외측으로 돌출될 수 있으며, 이와 반대로, 30%를 초과하는 크기를 갖는 구조로 이루어질 경우에는, 상기 일체형 지지부재의 크기가 불필요하게 커짐으로써, 전지셀의 전체적인 크기가 증가할 수 있다.
한편, 상기 일체형 지지부재는 외주변 실링부에 형성된 상태에서, 전지셀의 내구성을 확보할 수 있는 동시에, 상기 전지셀의 적층 상태를 안정적으로 지지할 수 있는 것이라면, 그 소재가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 성형의 용이성을 고려하였을 때, 열용융성 고분자 수지로 이루어질 수 있으며, 더욱 상세하게는, 상기 열용융성 고분자 수지는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 일체형 지지부재는 용융된 상태의 고분자 수지가 전지셀의 밀봉된 외주변 실링부에 부가 및 고화되어 형성되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 일체형 지지부재는 용융된 상태에서 소망하는 크기 및 형상으로 보다 용이하게 형성될 수 있으며, 고화된 상태에서 상기 외주변 실링부와 일체형으로 형성됨으로써, 전지셀의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 일체형 지지부재는 열융착에 의해 밀봉된 전지케이스의 외주변 실링부가 수납부 방향으로 절곡된 상태에서 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 일체형 지지부재는 평면상으로 보다 콤팩트하게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 전지셀을 둘 이상 포함하고 있고, 상기 전지셀들은 서로 동일한 일면 방향으로 적층 배열되는 구조의 전지팩을 제공한다.
이러한 경우에, 상기 전지셀들은 일체형 지지부재가 모두 동일한 외주변 실링부에 형성되어 있고, 서로 인접한 전지셀들은 일체형 지지부재의 일면 및 이에 대응하는 타면이 서로 대면한 상태로 적층 배열되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전지셀들 사이에는 일체형 지지부재의 돌출 높이의 합의 크기를 갖는 이격 공간이 형성됨으로써, 전지셀들의 스웰링 현상 발생 시,상기 전지셀들의 부피 증가를 수용할 수 있는 충분한 공간을 제공할 수 있으며, 이에 따라, 상기 스웰링 현상 발생으로 인한 안전성 저하를 예방할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀들은 적층 배열 상태가 고정 및 유지될 수 있도록, 하나의 전지셀의 일체형 지지부재의 일면 또는 타면에 형성된 고정용 돌기가 이에 인접한 전지셀의 일체형 지지부재의 타면 또는 일면에 형성된 고정용 홈에 삽입됨으로써 결합되는 구조일 수 있다.
따라서, 하나의 전지셀의 일체형 지지부재 일면 또는 타면에 형성된 고정용 돌기가 이에 인접한 전지셀의 일체형 지지부재 타면 또는 일면에 형성된 고정용 홈에 삽입됨으로써, 상기 전지셀들의 유동을 방지해, 전지셀들의 적층 배열 상태를 보다 안정적으로 고정 및 유지시킬 수 있다.
이때, 상기 고정용 돌기 및 고정용 홈은 전지셀들의 적층 배열 상태를 안정적으로 고정 및 유지시킬 수 있는 것이라면, 그 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 고정용 돌기는 기둥 구조 또는 선형 돌출 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대응하는 고정용 홈은 만입 홈 또는 만입형 슬릿 구조로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들의 기타 구성은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 외주변 실링부에 일체형 지지부재가 수납부의 측벽에 밀착된 상태로 형성되도록 구성함으로써, 상기 외주변 실링부 방향으로부터 인가되는 충격에 대한 내구성을 향상시킬 수 있으며, 상기 외주변 실링부의 변형을 방지할 수 있으므로, 전지셀들의 치수를 균일하게 형성함으로써, 보다 용이하게 전지팩을 구성할 수 있고, 상기 일체형 지지부재가 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되도록 구성함으로써, 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀들 사이에 상호 이격된 공간을 형성함으로써, 스웰링 현상에 따른 안전성 저하를 방지하는 동시에, 상기 전지팩 내에서 전지셀들의 유동을 방지해, 진동 및 충격에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 A-A'에 따른 단면 구조를 개략적으로 나타낸 수직 단면도이다;
도 4는 도 2의 구조를 갖는 전지셀들을 포함하는 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(200)은 평면상으로 4개의 외주변 실링부들(211, 212, 213, 214)을 갖는 사각형의 판상형 구조로 이루어져 있으며, 양극 단자(221) 및 음극 단자(222)가 동일한 일측 외주변 실링부(212) 방향으로 돌출되어 있다.
일체형 지지부재(240)는 수납부(230)의 측벽에 밀착된 상태에서 4개의 외주변 실링부들(211, 212, 213, 214) 모두에 서로 연결된 구조로 형성되어 있다.
따라서, 전지셀(200)의 모든 외주변 실링부들(211, 212, 213, 214)은 하나의 부재로 형성된 일체형 지지부재(240)에 의해 안전하게 보호될 수 있으며, 이에 따른 구조적 안정성 및 치수 안정성을 확보할 수 있다.
일체형 지지부재(240)는 수납부(230)에 대응하는 일면 방향 및 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되어 있으며, 하나의 외주변 실링부(241)를 기준으로, 일체형 지지부재(240)는 직육면체 형상으로 이루어져 있다.
따라서, 전지팩을 구성하기 위해 전지셀(200)이 적층되는 경우, 보다 용이하게 안정적으로 적층될 수 있으며, 전지셀(200)의 일면 및 타면 방향에는 전지셀(200)의 스웰링 현상 발생 시, 전지셀(200)의 증가된 부피를 수용할 수 있는 충분한 공간이 형성됨으로써, 전체적인 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 3에는 도 2의 A-A'에 따른 단면 구조를 개략적으로 나타낸 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 일체형 지지부재(240)는 전지셀(200)의 일면 방향(301) 및 타면 방향(302)으로 각각 돌출되어 있다.
일체형 지지부재(240)가 일면 방향(301)으로 돌출된 높이(H3)는 타면 방향(302)으로 돌출된 높이(H4)의 약 200%의 크기로 이루어져 있으며, 일면 방향(301)으로 돌출된 높이(H3)와 타면 방향(302)으로 돌출된 높이(H4)를 포함한 일체형 지지부재(240)의 전체 높이(H2)는 이에 대응하는 전지셀(200)의 두께(H1)에 대해 약 120%의 크기로 이루어져 있다.
따라서, 전지셀(200)의 일면 방향(301) 및 이에 대향하는 타면 방향(302)에는 일체형 지지부재(240)가 돌출된 높이(H3, H4)에 대응하는 크기의 공간이 형성되며, 이에 따라, 전지셀(200)을 적층함으로써 전지팩을 구성하는 경우, 전지셀(200) 사이가 이격됨으로써, 전지셀(200)의 스웰링 현상에 따른 문제점을 예방할 수 있다.
일체형 지지부재(240)는 전지셀(200)의 양측 외주변 실링부들(211, 213)이 수납부(230) 방향으로 절곡된 상태에서, 수납부(230)의 측벽에 밀착된 상태로 형성되어 있으며, 전지셀(200)의 폭(W1)에 대해 약 10%의 크기(W2)로 형성되어 있다.
따라서, 양측 외주변 실링부들(211, 213)이 절곡되지 않은 상태에 비해, 보다 콤팩트하게 전지셀(200)을 구성할 수 있으며, 전지셀(200)의 유동을 효과적을 방지함으로써, 이에 따른 진동 또는 충격으로부터 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
도 4에는 도 2의 구조를 갖는 전지셀들을 포함하는 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지팩(400)은 4개의 전지셀들(401, 402, 403, 404)이 적층된 구조로 이루어져 있다.
일체형 지지부재(440)는 전지셀들(401, 402, 403, 404)의 일면 방향 및 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되어 있으므로, 각 전지셀들(401, 402, 403, 404)은 일체형 지지부재(440)의 일면 및 이에 대응하는 타면이 서로 대면하는 형태로 적층되며, 이에 따라, 각 전지셀들(401, 402, 403, 404) 사이에는 일체형 지지부재(440)의 돌출 높이의 합에 대응하는 이격 공간들(S1, S2, S3)이 각각 형성된다.
따라서, 전지셀들(401, 402, 403, 404)의 스웰링 현상(450)이 발생하는 경우, 증가하는 전지셀들의 부피가 충분히 수용될 수 있어, 스웰링 현상(450)의 발생으로 인한 안전성 저하의 문제를 예방할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 일체형 지지부재들(541, 542)은 수납부(530)의 측벽에 밀착된 상태에서 서로 대향하는 전지셀(500)의 양측 외주변 실링부들(511, 513)에 각각 형성되어 있으며, 수납부(530)에 대응하는 일면 방향 및 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되어 있다.
따라서, 전지팩을 구성하기 위해 전지셀(500)이 적층되는 경우, 전지셀(500)은 보다 용이하게 안정적인 구조로 적층될 수 있으며, 전지셀(500)의 일면 방향 및 타면 방향에는 전지셀(500)의 스웰링 현상 발생 시, 전지셀(500)의 증가된 부피를 수용할 수 있는 충분한 공간이 형성됨으로써, 전체적인 안전성을 향상시킬 수 있다.
일체형 지지부재들(541, 542)의 돌출된 일면 및 이에 대향하는 타면에는 각각 서로 대응하는 구조로 형성된 고정용 돌기들(541a, 542a) 및 고정용 홈들(541b, 542b)이 형성되어 있다.
고정용 돌기들(541a, 542a)은 일면 방향으로 돌출된 선형 돌출 구조로 형성되어 있으며, 고정용 홈들(541b, 542b)은 고정용 돌기들(541a, 542a)에 대응하는 형상으로서, 일체형 지지부재들(541, 542)의 타면으로부터 일면 방향으로 만입된 만입형 슬릿 구조로 형성되어 있다.
따라서, 전지팩을 구성하기 위해 전지셀(200)이 적층되는 경우, 전지셀(500)의 일체형 지지부재들(541, 542) 일면에 형성된 고정용 돌기들(541a, 542a)이 이에 인접한 전지셀의 일체형 지지부재들 타면에 형성된 고정용 홈들에 각각 삽입되며, 전지셀(500)의 일체형 지지부재들(541, 542) 타면에 형성된 고정용 홈들(541b, 542b)에 이에 인접한 또 다른 전지셀의 일체형 지지부재들 일면에 형성된 고정용 돌기들이 각각 삽입의 됨으로써, 전지셀(200)의 유동을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 전지셀(200)의 적층 배열 상태를 보다 안정적으로 고정 및 유지시킬 수 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2의 전지셀(도 2의 200)과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고;
    상기 수납부의 외주변들이 열융착에 의해 밀봉되어 형성된 외주변 실링부를 포함하고 있으며;
    상기 외주변 실링부들중에서 적어도 둘 이상의 외주변 실링부에는 일체형 지지부재가 수납부의 측벽에 밀착된 상태로 형성되어 있고;
    상기 일체형 지지부재는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 소정의 높이를 갖도록 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 전지셀의 서로 대향하는 양측 외주변 실링부들에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 전지셀의 모든 외주변 실링부들에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 외주변 실링부들에 형성되어 있는 일체형 지지부재는, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있도록, 서로 연결된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는, 전지팩을 용이하게 구성할 수 있도록, 동일한 돌출 방향에서 서로 동일한 높이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 일면 방향 및/또는 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출된 높이를 포함한 상기 일체형 지지부재의 전체 높이는, 상기 일면 및 타면 방향에 대응하는 전지셀의 두께에 대해 105% 내지 120%의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 상대적으로 넓은 면적을 갖는 전지셀의 일면 방향 및 이에 대향하는 타면 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 일체형 지지부재가 일면 방향으로 돌출된 높이는 타면 방향으로 돌출된 높이에 대해 100% 내지 500%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는, 전지셀들이 적층된 구조의 전지팩을 구성할 때 전지셀들의 적층 배열 상태를 고정 및 유지시킬 수 있도록, 서로 대향하는 일면 및 타면에, 서로 대응하는 구조로 형성된 고정용 돌기 및 고정용 홈을 각각 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 외주변 실링부들 중에서 하나의 외주변 실링부를 기준으로, 상기 외주변 실링부에 형성된 일체형 지지부재는 직육면체 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 평면상으로 전지셀의 폭 또는 길이에 대해, 1% 내지 30%의 크기를 갖는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 열용융성 고분자 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 열용융성 고분자 수지는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 용융된 상태의 고분자 수지가 전지셀의 밀봉된 외주변 실링부에 부가 및 고화되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 지지부재는 열융착에 의해 밀봉된 전지케이스의 외주변 실링부가 수납부 방향으로 절곡된 상태에서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 따른 전지셀을 둘 이상 포함하고 있고, 상기 전지셀들은 서로 동일한 일면 방향으로 적층 배열되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀들은 일체형 지지부재가 모두 동일한 외주변 실링부에 형성되어 있고, 서로 인접한 전지셀들은 일체형 지지부재의 일면 및 이에 대응하는 타면이 서로 대면한 상태로 적층 배열되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀들은 적층 배열 상태가 고정 및 유지될 수 있도록, 하나의 전지셀의 일체형 지지부재의 일면 또는 타면에 형성된 고정용 돌기가 이에 인접한 전지셀의 일체형 지지부재의 타면 또는 일면에 형성된 고정용 홈에 삽입됨으로써 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 16 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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